用于在多用戶網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)分配資源的方法
【專利摘要】本公開一般地涉及通信系統(tǒng)并且更具體地涉及有線通信系統(tǒng)。一個(gè)實(shí)施例涉及網(wǎng)絡(luò)布置，包括至少一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和被耦合到主節(jié)點(diǎn)的多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)通過具有時(shí)變信道特征的媒介（例如電話配線、同軸電纜或電力線）通信。所述主節(jié)點(diǎn)包括從多個(gè)從節(jié)點(diǎn)接收輸入的處理塊。輸入由處理塊使用以生成被廣播到多個(gè)從節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化時(shí)分多址（TDMA）調(diào)度。其他方法和系統(tǒng)也被公開。
【專利說明】用于在多用戶網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)分配資源的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求對(duì)具有系列號(hào) US 61/490058、題為 “METHOD FOR OPTIMAL ALLOCATION OFRESOURCES IN A MULT1-USER NETWORK (用于在多用戶網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)分配資源的方法)”并且在2011年5月26日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。該臨時(shí)申請(qǐng)通過引用以其全部被結(jié)合到本申請(qǐng)中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明一般地涉及電信系統(tǒng)并且更具體地涉及利用電話配線、同軸電纜或電力線作為物理媒介的有線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]以下呈現(xiàn)簡化的概括以便提供本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的基本理解。本概括不是本發(fā)明的廣泛綜述，并且既不意圖識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性元素，也不意圖描繪其范圍。相反地，本概括的主要目的是以簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，作為稍后所呈現(xiàn)的更詳細(xì)描述的序言。
[0004]一個(gè)實(shí)施例涉及網(wǎng)絡(luò)布置，包括至少一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和被耦合到主節(jié)點(diǎn)的多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)通過具有時(shí)變信道特征的媒介(例如電話配線、同軸電纜或電力線)通信。主節(jié)點(diǎn)包括從多個(gè)從節(jié)點(diǎn)接收輸入的處理塊。輸入由處理塊使用以生成被廣播到多個(gè)從節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化時(shí)分多址(TDMA)調(diào)度。其他方法和系統(tǒng)也被公開。
[0005]以下描述和附圖詳細(xì)闡明本發(fā)明的某些說明性方面和實(shí)施。這些只是指示各種方式中的一些，其中本發(fā)明的原理可以以所述各種方式被采用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1a說明包括三個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)的一些實(shí)施例。
[0007]圖1b說明在包括三個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)中所形成的六個(gè)單向鏈路的一些實(shí)施例。
[0008]圖2說明在鏈路容量和可用信噪比之間的關(guān)系的一些實(shí)施例。
[0009]圖3說明用于解決調(diào)度問題的樸素左至右分配方法的一些實(shí)施例的流程圖。
[0010]圖4說明用于解決調(diào)度問題的優(yōu)化左至右分配方法的一些實(shí)施例的流程圖。
[0011]圖5說明用于解決調(diào)度問題的盧,7最大化方法的一些實(shí)施例的流程圖。
[0012]圖6說明用于解決調(diào)度問題的、具有下一步估計(jì)的盧,7最大化方法的一些實(shí)施例的流程圖。
[0013]圖7說明G.hn網(wǎng)絡(luò)布置的簡圖的一些實(shí)施例。
[0014]圖8說明具有共享物理媒介的多G.hn網(wǎng)絡(luò)布置的簡圖的一些實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)在參考附圖來描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施，其中貫穿全文同樣的參考數(shù)字被用于指同樣的元件，并且其中各種結(jié)構(gòu)不一定是依比例繪制的。在以下描述中，為了解釋的目的，許多特定細(xì)節(jié)被闡明以便使理解便利。然而，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可能明顯的是可以在這些特定細(xì)節(jié)的較少程度的情況下實(shí)踐此處所描述的一個(gè)或多個(gè)方面。在其他實(shí)例中，以框圖形式示出已知結(jié)構(gòu)和設(shè)備以使理解便利。
[0016]圖1a說明包括三個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)IOOa的一些實(shí)施例:網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)102a、第一網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)104a和第二網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)106a，其通過共享物理媒介108a被耦合。對(duì)于在三個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的雙向通信，共享物理媒介108a必須至少支持六個(gè)單向鏈路，如在圖1b (L1-L6)中所說明的。通常，在包括#個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中所要求的單向鏈路的數(shù)目Z由L=N(N-1)給出。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加時(shí)，單向鏈路的數(shù)目以指數(shù)方式增長。
[0017]許多多用戶通信系統(tǒng)通過具有時(shí)變信道特征的物理媒介操作。其一個(gè)示例是通過AC配線操作的電力線通信系統(tǒng)，所述電力線通信系統(tǒng)易遭受由被耦合到AC配線的設(shè)備所生成的噪聲。如果該噪聲是由與配線的AC循環(huán)同步的過程所生成的，那么該噪聲有時(shí)可以被預(yù)測(cè)。在被稱為同步信道或SyncCh的這種系統(tǒng)中，噪聲參數(shù)將以以下頻率變化，所述頻率是MAC循環(huán)或基礎(chǔ)50Hz或60Hz AC循環(huán)的整數(shù)倍。
[0018]圖2說明在被設(shè)計(jì)以達(dá)到接近于香農(nóng)(Shannon)極限(系統(tǒng)的最大無錯(cuò)數(shù)據(jù)速率)的數(shù)據(jù)傳遞速率的通信系統(tǒng)中在線數(shù)據(jù)速率(line data rate)202和可用信噪比(SNR)204之間的關(guān)系200的一些實(shí)施例。線數(shù)據(jù)速率202是自適應(yīng)的并且取決于可用SNR 204，以便較高的SNR比率204暗示較高的線數(shù)據(jù)速率202。為了優(yōu)化系統(tǒng)容量，線數(shù)據(jù)速率202將需要周期性改變，緊密地跟蹤SNR 204的改變。在SyncCh系統(tǒng)中，SNR 204將在MAC循環(huán)206(被示為AC循環(huán)208的2x倍)上以周期性方式隨時(shí)間改變。其中SNR 204 (和相關(guān)聯(lián)的線數(shù)據(jù)速率202)保持相對(duì)恒定的區(qū)域被定義為G.hn標(biāo)準(zhǔn)中的比特分配表(BAT)區(qū)域210。
[0019]多用戶通信系統(tǒng)必須確保在給定時(shí)間只有一個(gè)設(shè)備正使用物理媒介以避免數(shù)據(jù)沖突。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方式是定義網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)必須遵循的時(shí)分多址(TDMA)調(diào)度。對(duì)于包括大量節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，選擇最優(yōu)調(diào)度可以是非微不足道的問題，并且通過要求特定節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)集合符合最小網(wǎng)絡(luò)容量或服務(wù)質(zhì)`量(QoS)而可能是進(jìn)一步復(fù)雜的。
[0020]因此，本公開涉及在通信系統(tǒng)中的可以對(duì)于具有時(shí)變?nèi)萘康亩鄠€(gè)鏈路實(shí)現(xiàn)最優(yōu)(或近似最優(yōu))容量分配的方法和網(wǎng)絡(luò)布置。用描述網(wǎng)絡(luò)布置的各種輸入?yún)?shù)的矩陣和向量來公式化TDMA調(diào)度。于是提供可以以各種方式定義TDMA調(diào)度的多個(gè)算法。提供最優(yōu)算法，所述最優(yōu)算法使用線性編程技術(shù)以找到對(duì)于網(wǎng)絡(luò)布置的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是最優(yōu)的TDMA調(diào)度。也提供啟發(fā)式算法。通過使用中央節(jié)點(diǎn)可以以硬件解決和實(shí)施這些算法，所述中央節(jié)點(diǎn)廣播網(wǎng)絡(luò)中所有其他節(jié)點(diǎn)必須遵循的TDMA調(diào)度。
[0021]利用被劃分成I個(gè)BAT區(qū)域的MAC循環(huán)八可以為包括Z個(gè)單向鏈路的網(wǎng)絡(luò)來公式化TDMA調(diào)度。每個(gè)BAT區(qū)域J的持續(xù)時(shí)間是?；.，其中J' e [I,…幻。在時(shí)間t」期間對(duì)于鏈路i可用的容量是βip其中i e [I,…幻。被分配給鏈路i的區(qū)域tj的小部分或時(shí)隙由a "給出，使得珥2 O。如果對(duì)于鏈路i的所要求容量被假定為L.，那么被分配給鏈路i的所有時(shí)隙的總?cè)萘渴莚,.，可以以如下計(jì)算所述r,.:
【權(quán)利要求】
1.ー種生成要被用于具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)和耦合節(jié)點(diǎn)的鏈路的網(wǎng)絡(luò)中的媒介接入計(jì)劃(MAP)消息的裝置，其中至少ー個(gè)節(jié)點(diǎn)是主站和ー個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)是從站，所述裝置包括: 信道估計(jì)單元，其生成: K個(gè)時(shí)間區(qū)域的向量t，其指示時(shí)間區(qū)域的時(shí)間長度，其中時(shí)間區(qū)域?qū)?yīng)于具有周期T的周期性噪聲區(qū)域， LxK個(gè)元素的矩陣P，其指示對(duì)于在至少ー個(gè)時(shí)間區(qū)域中至少ー個(gè)鏈路的比特率； L鏈路的向量S，其指示用于每個(gè)鏈路的目標(biāo)帶寬； 使用t、P和8生成優(yōu)化調(diào)度a的調(diào)度器単元，所述優(yōu)化調(diào)度a是LxK矩陣，其中元素表示在時(shí)間區(qū)域J期間被分配給鏈路i的信道時(shí)間量；和 生成MAP消息的MAP生成単元，所述MAP消息包括基于優(yōu)化調(diào)度a被分配給網(wǎng)絡(luò)中的ー個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙的調(diào)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中MAP生成単元通過網(wǎng)絡(luò)向ー個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送MAP消息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中在至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中的信道估計(jì)單元運(yùn)行以下協(xié)議，所述協(xié)議與在每ー個(gè)其他節(jié)點(diǎn)中的相同塊交換消息，所述協(xié)議導(dǎo)致用于在每對(duì)節(jié)點(diǎn)之間通信的比特加載表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中調(diào)度器單元找到的值使得被分配給鏈路i(Yi)的總?cè)萘康扔诨虼笥谟糜诿總€(gè)鏈路的目標(biāo)帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中調(diào)度器単元通過最小化被分配給每個(gè)鏈路的時(shí)間量來確定優(yōu)化調(diào)度a。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中調(diào)度器単元使用以下從包括單純形或內(nèi)點(diǎn)裝置的組中所選擇的至少之ー來最小化被分配給每個(gè)鏈路的時(shí)間量。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中調(diào)度器単元通過使用線性函數(shù)來最小化被分配給姆個(gè)鏈路的時(shí)間量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中調(diào)度器単元通過使用圖形解來最小化被分配給每個(gè)鏈路的時(shí)間量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，調(diào)度單元通過找到提供被分配給鏈路i(Yi)的最大可能容量的分配來計(jì)算優(yōu)化調(diào)度a。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中MAP生成単元通過從包括電カ線、同軸電纜、無線和雙絞線的組所選擇的媒介發(fā)送MAP消息。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中信道估計(jì)單元使用比特加載表確定目標(biāo)帶寬用于在節(jié)點(diǎn)之間通信。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中信道估計(jì)單元通過在節(jié)點(diǎn)之間交換消息來生成比特加載表。
【文檔編號(hào)】H04L12/403GK103563312SQ201280025479
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月26日
【發(fā)明者】F.戈梅斯馬蒂內(nèi)斯 申請(qǐng)人:領(lǐng)特德國有限公司